El empaquetado de dado desnudo es una forma de empaquetado que fija directamente el dado al sustrato para eliminar el encapsulado del CI y los parásitos asociados. Esta área está dominada por dos tipos de interconexión:Chip-on-Board (COB)y flip chip. Ambas tecnologías de ensamblaje a nivel de dado se clasifican bajo el mismo paraguas, pero pueden diferenciarse en términos de la orientación del dado, la arquitectura de interconexión y, en consecuencia, en términos de densidad de E/S, complejidad del proceso y rendimiento eléctrico. Esta diferencia se utiliza en casi todos los proyectos de ingeniería posteriores, incluido el diseño de sustratos, los métodos de inspección y más.
COB vs Flip Chip
En el ensamblaje COB, el dado se coloca boca abajo con el circuito activo orientado en sentido opuesto al sustrato. El conexionado mediante hilos finos —normalmente de oro o cobre— establece la interconexión eléctrica desde las almohadillas de unión periféricas del dado hasta estas almohadillas en el sustrato. Después del conexionado, se aplica un encapsulante epoxi tipo glob-top sobre los lazos de hilo y el dado expuesto para protegerlo mecánicamente y sellarlo frente al entorno circundante.
El flip chip invierte esta disposición: el dado se monta boca abajo, con esferas de soldadura o pilares de cobre formados directamente sobre la superficie activa y unidos a las almohadillas coincidentes del sustrato situadas debajo. Esto elimina por completo los bucles de alambre, estableciendo un trayecto eléctrico sustancialmente más corto y directo entre el dado y el sustrato. A continuación, se dispensa una resina epoxi de relleno para reforzar mecánicamente las uniones de soldadura y mitigar la desadaptación de expansión térmica entre el dado de silicio y el sustrato.
Esta distinción estructural —la unión de hilos periférica frente a una interconexión de bumps en matriz de área— es la base de las principales diferencias entre ambos métodos, incluida la ventaja inherente de rendimiento eléctrico del flip chip: interconexiones más cortas se traducen directamente en una menor inductancia y resistencia parásitas, una consideración de especial importancia en aplicaciones de alta velocidad y de RF.
Consideraciones sobre la densidad de E/S
En el ensamblaje COB, el número de E/S está limitado por el perímetro del dado, ya que las almohadillas de unión por cable requieren un espaciamiento suficiente para evitar cortocircuitos durante el proceso de unión, y la geometría del bucle de los hilos impone límites prácticos adicionales. Por lo tanto, el número de pines escala con el perímetro del dado: suficiente para dispositivos de complejidad moderada, pero cada vez más restrictivo a medida que aumentan los requisitos de cantidad de pines.
El flip chip sortea esta limitación mediante una arquitectura de interconexión en matriz de área. Dado que los bumps se distribuyen por toda la superficie del dado en lugar de quedar confinados a sus bordes, la densidad de E/S escala con el área del dado en lugar de con su perímetro, y el área aumenta de forma desproporcionada en relación con el perímetro a medida que crece el tamaño del dado. Esto permite que el flip chip admita recuentos de E/S sustancialmente más altos y pasos de bump más finos, lo que lo convierte en el método de interconexión preferido para dispositivos de alta complejidad como procesadores, FPGAs, ASICs y memorias de alta densidad, donde el wire bonding sería impracticable a la densidad de pines requerida.
Consideraciones sobre procesos y equipos
El ensamblaje COB sigue una secuencia bien establecida: fijación del chip, unión por hilo (con bola o cuña), inspección y encapsulado. El control del proceso se centra en parámetros como la resistencia al arrancamiento y al corte de la unión, el perfil del bucle del hilo y la precisión en la colocación de las almohadillas, variables que son relativamente tolerantes y están bien caracterizadas en toda la industria.
El ensamblaje flip chip implica una secuencia de procesos más exigente. La formación de los bumps se realiza típicamente a nivel de oblea antes de la singulación del dado, seguida por equipos de colocación de alta precisión capaces de tolerancias de alineación finas, ya que la precisión del registro bump‑a‑pad es crítica a paso reducido. La unión se logra mediante métodos de refusión, termocompresión o termosónicos según la composición y el paso de los bumps, seguida de la dispensación y el curado del underfill. La combinación de los requisitos de alineación de paso fino, la preparación adicional a nivel de oblea y los desafíos de inspección de las uniones —las uniones de soldadura están ocultas bajo el dado y requierenRadiografíao microscopía acústica para su verificación, ya que la inspección visual directa no es posible, lo que hace que el flip chip sea un proceso más intensivo en capital y más estrictamente controlado en comparación con el wire bonding.
Idoneidad de la aplicación
COB se aplica generalmente a diseños sensibles al costo con requisitos de E/S moderados, incluidos módulos de sensores, tarjetas inteligentes, componentes RFID, circuitos integrados de control y matrices de LED, donde la reducción del espacio en la placa es una prioridad, pero no así una densidad extrema de E/S ni el rendimiento eléctrico. Su menor umbral de equipamiento y la madurez consolidada del proceso también lo hacen muy adecuado para entornos de producción de alta mezcla y bajo volumen que implican cambios frecuentes de tipo de dado.
El flip chip se reserva típicamente para aplicaciones de alto rendimiento, alto número de E/S o con limitaciones de espacio, donde la densidad y las limitaciones de rendimiento eléctrico del wire bonding se convierten en la restricción principal: procesadores, módulos de front-end de RF, memorias de alta velocidad y diseños avanzados de System-in-Package (SiP), en los que la reducción de la longitud de interconexión y de la inductancia parasitaria produce beneficios de rendimiento medibles.
La selección entre los dos métodos debe determinarse según los requisitos de E/S del dado, los objetivos de rendimiento térmico y eléctrico, las limitaciones de costo, las consideraciones de inspección y retrabajo, y el volumen de producción; ningún enfoque único es universalmente preferible.
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Recursos útiles
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•Vía en almohadilla
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